環(huán)保水處理經(jīng)驗(yàn)總結(jié)|有關(guān)細(xì)菌的那些事兒
發(fā)布日期：2017-10-16 點(diǎn)擊：818
今天我想談?wù)劶?xì)菌的問(wèn)題。 污水處理基本離不開(kāi)細(xì)菌，細(xì)菌的行為直接關(guān)乎水處理的效果。細(xì)菌有沒(méi)有思想?我不知道，但我知道他們一定有本能，否則地球上不會(huì)有細(xì)菌，更不會(huì)有人類了。”
細(xì)菌的凝聚
我們知道，當(dāng)水體中底物匱乏的時(shí)候，活的細(xì)菌會(huì)自動(dòng)凝聚;反過(guò)來(lái)如果底物充足，細(xì)菌將呈現(xiàn)彌漫狀分布，特別是培養(yǎng)系統(tǒng)只有單一菌種的時(shí)候。那么細(xì)菌為什么會(huì)這樣?他們的目的是什么?答案顯而易見(jiàn)——延續(xù)種群的需要，這是一切生命體的共同特征。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)不足的時(shí)候，不同種類的細(xì)菌團(tuán)聚在一起，抵抗能力弱的細(xì)菌可能會(huì)死掉，死亡的微生物將成為活體的食物，以供種群的延續(xù)。換句話說(shuō)，在底物不足的時(shí)候，正常的細(xì)菌擁有自動(dòng)團(tuán)聚的本能。如果有一種細(xì)菌，在營(yíng)養(yǎng)匱乏的狀態(tài)下不具備凝聚的能力，而是游離在菌群之外，它一定會(huì)被淘汰。
既然自然界中所有的微生物都具備凝聚的特征，為什么在污水處理廠會(huì)出現(xiàn)不凝聚的現(xiàn)象呢?結(jié)論是處理廠的運(yùn)行環(huán)境與自然界的天然環(huán)境差別太大，微生物受到了傷害，因此才會(huì)有高達(dá)600的SVI。有鑒于此，我認(rèn)為“胞外聚合物”決定SVI的說(shuō)法尚有商榷余地。有意思的是，犧牲的個(gè)體未必被DNA完全相同的同一種微生物所分解，更大的可能是被其他微生物利用。這一點(diǎn)有點(diǎn)象人類社會(huì)，主觀為自己客觀為社會(huì)，人人為我，我為人人。俺堅(jiān)決反對(duì)所謂“人定勝天”的鬼話。美國(guó)很強(qiáng)大，但是一場(chǎng)颶風(fēng)的能量可能就相當(dāng)于美國(guó)一年的用電量，在大自然目前人類實(shí)在很渺小，我們應(yīng)該敬畏大自然。
細(xì)菌的多樣性
如恒河沙數(shù)的細(xì)菌力量很強(qiáng)大，我說(shuō)的不是細(xì)菌的數(shù)量很多，而是種類很多，多到不可勝數(shù)。做過(guò)基因測(cè)序的都知道，你的結(jié)果很難與基因庫(kù)完全吻合，反正我沒(méi)有見(jiàn)過(guò)相似度100%的案例。
美國(guó)科羅拉多大學(xué)的科學(xué)家開(kāi)展了一項(xiàng)研究，他們分別從三個(gè)人的指尖與他們個(gè)人電腦的鍵盤(pán)和鼠標(biāo)上采集細(xì)菌樣本，然后又從數(shù)量眾多的，他們未接觸過(guò)的鍵盤(pán)、鼠標(biāo)上采集細(xì)菌樣本。經(jīng)過(guò)對(duì)這些樣本的DNA比較，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在三人未接觸過(guò)的電腦部件上找不到存活于三人雙手上的細(xì)菌。
細(xì)菌的多樣性決定了：一種環(huán)境決定一組種群分布。為什么?因?yàn)樵谔囟ǖ沫h(huán)境中，總有某些種群最適合生長(zhǎng)，成為我們所說(shuō)的“優(yōu)勢(shì)菌”，而環(huán)境些微的改變就可能使得優(yōu)勢(shì)菌種發(fā)生變化，這種變化表現(xiàn)在DNA上可能相似度有99.9.....%,但他們不是同一種生物，不能相互復(fù)制。
細(xì)菌的協(xié)同作用
細(xì)菌的另一個(gè)特征是協(xié)同作用。微生物的協(xié)同作用，在厭氧處理領(lǐng)域已經(jīng)得到了證實(shí)，特別是顆粒污泥之所以高效的研究結(jié)論，其結(jié)果也為大家所公認(rèn)，同樣是水處理，難道好氧系統(tǒng)就不存在協(xié)同作用了?這方面的工作較少，且研究對(duì)象也僅限于對(duì)氨氮的協(xié)同處理、或者特定底物降解的研究。難道水中常見(jiàn)有機(jī)質(zhì)的降解就不需要協(xié)同作用了?我不相信。
關(guān)于細(xì)菌還有一點(diǎn)共識(shí)：細(xì)菌合成細(xì)胞的前提是必須得到能量，可以是化學(xué)能或者光能。反過(guò)來(lái)，如果化學(xué)反應(yīng)是產(chǎn)能的過(guò)程，而這個(gè)過(guò)程在自然界中又會(huì)發(fā)生，就應(yīng)該存在這么一種細(xì)菌。厭氧氨氧化細(xì)菌的發(fā)現(xiàn)就是一個(gè)證明。厭氧氨氧化反應(yīng)是由奧地利理論化學(xué)家Engelbert Broda在1977年根據(jù)反應(yīng)的自由能計(jì)算而提出的，這是第一種人類通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌。十幾年后在荷蘭Delft技術(shù)大學(xué)一個(gè)中試規(guī)模的反硝化流化床中才真正發(fā)現(xiàn)了ANAMMOX細(xì)菌的存在。
ANAMMOX細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)投射電鏡及示意圖
說(shuō)到這里暫停一下。有個(gè)問(wèn)題大家討論一下，教科書(shū)里都說(shuō)：厭氧釋磷，好氧吸磷，只有厭氧充分釋磷，好氧才能夠充分吸磷，這些是所有水處理從業(yè)者的共識(shí)，但是，我想問(wèn)為什么，一個(gè)細(xì)菌來(lái)回折騰有意義嗎?
接茬說(shuō)聚磷菌，無(wú)論釋磷還是吸磷，細(xì)菌絕不可能是為了幫助人類而做無(wú)私的奉獻(xiàn)，它的目的還是只有一個(gè)——增殖。
一般認(rèn)為聚磷菌在釋磷和吸磷過(guò)程中都有能量釋放。前面說(shuō)過(guò)，能量的轉(zhuǎn)換總是伴隨著細(xì)菌的增殖，那么它的增殖無(wú)外乎三種可能：厭氧增殖、好氧增殖、厭氧好氧同時(shí)增殖。而且釋磷和吸磷愈充分，能量的釋放愈多。結(jié)論：只有充分釋磷和吸磷，細(xì)菌才能釋放更多的能量繼而最大限度增殖，而增殖的量愈大，在好氧中吸收的磷自然愈多(聚磷菌的生存之道，也是目前生物除磷的根本原因所在)。
聚磷菌
這么顯而易見(jiàn)的結(jié)論，為什么教科書(shū)、水處理資料一概不說(shuō)?難道是那些“大家”們不屑于提及嗎?
調(diào)試案例
大約十年前，在調(diào)試的工程中發(fā)現(xiàn)了大量的鐘蟲(chóng)。當(dāng)時(shí)的沉降比只有3%左右，反應(yīng)器內(nèi)COD大約400mg/L，后來(lái)發(fā)現(xiàn)這種情況很普遍。問(wèn)題來(lái)了，不是說(shuō)鐘蟲(chóng)大量出現(xiàn)是水質(zhì)轉(zhuǎn)好的標(biāo)志嗎?怎么在很高的COD環(huán)境下，它們會(huì)大量出現(xiàn)?老酒認(rèn)為鐘蟲(chóng)乃至后生動(dòng)物的出現(xiàn)跟水中有機(jī)質(zhì)一毛錢的關(guān)系都沒(méi)有。那么跟神馬有關(guān)系?——溶解氧。首先看看鐘蟲(chóng)的食物。它不能直接分解溶解性有機(jī)物，它的食物就是微生物。只要水中有足夠可供它吞噬的細(xì)菌，它就有可能出現(xiàn)，除了食物，作為好氧的生物，最重要的莫過(guò)于溶解氧了，其實(shí)是溶解氧決定了鐘蟲(chóng)的出現(xiàn)。后來(lái)調(diào)整了曝氣方式，降低了溶解氧，鐘蟲(chóng)密度很快就下降了。
鐘蟲(chóng)
還有一個(gè)有趣的現(xiàn)象：隨著溶解氧的升高，水中生物的個(gè)頭會(huì)越來(lái)越大。這也很容易理解，生物的個(gè)體越大，其比表面積越小，而微生物需要通過(guò)細(xì)胞表面的擴(kuò)散來(lái)獲得氧，因?yàn)楸缺砻娣e小，它獲得氧的能力自然比較差，所以需要更高的溶解氧以維持其生命的需要。
有一次現(xiàn)場(chǎng)人員打電話，說(shuō)紅蟲(chóng)大量繁殖，堵塞了潷水器進(jìn)水口，問(wèn)我怎么辦?
紅蟲(chóng)
我問(wèn)溶解氧多高?答曰：2-3mg/L。于是放下電話直奔現(xiàn)場(chǎng)，眼見(jiàn)滿池開(kāi)鍋似翻水花，因?yàn)檫M(jìn)水COD只有500左右，我說(shuō)溶解氧怎么可能只有2-3mg/L?借一個(gè)溶氧儀試試。結(jié)果一測(cè)，溶解氧7mg/L。降低曝氣量后，紅蟲(chóng)很快消失。
